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软组织超声散射子浓度估计方法研究

作　者: 严雪艳
导　师: 郭建中
学　校: 陕西师范大学
专　业: 声学
关键词: 软组织超声散射子浓度衰减系数功率谱
分类号: R445.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

软组织的超声参数可以反映组织的生理病理变化以及组织的结构特征,估计软组织的超声传输特性,是生物医学领域研究的热点。超声散射子浓度分布的估计,可以用来诊断或检测疾病的发生。对于软组织的非器质性病变,例如肝炎,肝硬化等,传统的B超检测非常困难,但组织内部的超声散射子浓度等参量会随病变程度发生一些变化,通过对软组织超声散射子浓度的估计,可以反映软组织的微结构差异,对其病变进行诊断和检测。目前软组织超声散射子估计已经有很多算法,本课题的目的是探寻最佳的估计方法,改进散射子浓度估计方法,提高浓度分布估计的精度,使该项研究能够更加接近于临床领域。本论文从软组织超声传输规律及信号接收、处理的基本方法出发,通过对超声传输机理和模型的研究,探讨对超声背散射信号采集处理的方法,对超声散射子浓度估计的传统方法进行改进,对不同超声散射子的浓度的分布规律进行仿真实验研究。本文研究主要内容包括：(1)从软组织超声传输的理论模型出发,探讨适合超声散射子浓度分布估计的超声传输模型。(2)通过对散射子浓度的估计方法的讨论,在传统利用衰减系数反映散射子浓度的基础上,引入利用背向散射信号的功率谱来反演散射子的浓度,探寻功率谱和浓度之间的关系。拟合出衰减系数和沙粒质量以及功率谱和质量之间的曲线,并对两种算法进行了比较。(3)采用Burg算法对时域信号进行AR谱分析,进行提高散射子浓度估计的精度的研究。(4)设计超声检测系统,对检测系统的横向分辨率,特别是探头的声束分布进行测量,研究超声探头的横向分辨率与其声束宽度的关系,通过超声扫描设备对换能器的声场进行测量,估计出探头的声束宽度。(5)设计实验仿体,并进行浓度分布估计,对已有算法及本文提出的改进算法进行比较研究。本文研究结果表明：(1)基于衰减系数反映散射子浓度的算法与改进的算法比较,在超声散射子浓度分布估计的精度方面,改进算法较为理想,提高了散射子浓度估计的精度。(2)利用衰减系数法和功率谱法估计明胶仿体沙粒浓度的分布情况的实验结果表明：利用功率谱计算出沙粒浓度的分布情况,和理论值基本一致,说明了该算法的可行性,相对传统的衰减系数法测量浓度,该算法操作简单,灵敏度高,能够较准确的估计软组织中散射子的浓度分布。(3)在对时域信号进行功率谱估计时,用傅里叶变换和Burg算法AR谱分析法进行处理,结果表明：在中心频率附近,Burg谱分析得出的功率谱比较稳定,效果较好。利用功率谱法估计出散射子浓度的分布情况,为超声散射子的浓度分布提供了较为可靠的估计方法。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-13
  1.1 选题的背景和意义  9-10
  1.2 软组织的超声特性估计进展  10-11
    1.2.1 软组织超声参数估计的应用  10-11
    1.2.2 超声散射子特性研究  11
  1.3 本论文研究的目标及内容  11-13
第2章软组织的超声传输原理  13-23
  2.1 声衰减  13-14
  2.2 反射和折射  14-15
  2.3 声吸收  15-16
  2.4 声散射模型  16-22
    2.4.1 离散模型  17-19
    2.4.2 连续性模型  19-22
  2.5 本章小结  22-23
第3章软组织散射子浓度的估计  23-31
  3.1 软组织超声散射子  23-24
  3.2 基于衰减系数研究超声散射子浓度  24-25
  3.3 改进算法思路  25-27
  3.4 浓度分布的分辨率  27-30
    3.4.1 纵向分辨率  27-28
    3.4.2 横向分辨率  28-30
  3.5 本章小结  30-31
第4章实验研究  31-51
  4.1 检测系统横向分辨率的测量  31-33
    4.1.1 测量方法  31
    4.1.2 实验装置  31-32
    4.1.3 测量结果及分析  32-33
  4.2 软组织超声检测仿真实验系统  33-37
    4.2.1 探头参数的确定  33-34
    4.2.2 实验参数设计  34-35
    4.2.3 实验装置  35-37
  4.3 实验数据的处理  37-41
    4.3.1 频谱分析  37-38
    4.3.2 巴特沃斯滤波器  38-39
    4.3.3 基于AR模型的功率谱估计  39-40
    4.3.4 曲线拟合  40-41
  4.4 浓度的横向分布测量  41-43
    4.4.1 测量方法  41
    4.4.2 实验数据处理及分析  41-43
  4.5 浓度的纵向分布测量  43-49
    4.5.1 测量方法  43
    4.5.2 水中悬浮沙粒的回波处理  43-45
    4.5.3 明胶仿体中悬浮沙粒的回波处理  45-47
    4.5.4 实验结果  47-49
  4.6 本章小结  49-51
第5章总结与展望  51-53
  5.1 全文总结  51
  5.2 后期展望  51-53
参考文献  53-57
致谢  57-59
攻读学位期间的研究成果  59-60

软组织超声散射子浓度估计方法研究

内容摘要

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